將電作“血液”

劉勇 張本川

接觸網(wǎng)和受電弓示意圖（供圖/劉勇）?

“一條條巨龍翻山越嶺，為雪域高原帶來(lái)安康……從此山不再高路不再漫長(zhǎng)，各族兒女歡聚一堂?！奔柴Y的列車將幸福和歡笑送向天涯海角、四面八方。你是否好奇，高速列車是如何開(kāi)動(dòng)的？讓我來(lái)告訴你吧！

江西省鷹潭市牽引變電所

高速列車開(kāi)動(dòng)時(shí)使用的電能是由電網(wǎng)公司和供電企業(yè)輸送而來(lái)的高壓電，但想要讓高壓電為車所用，還要經(jīng)歷重重“關(guān)卡”。

想了解高速列車供電的秘密，我們要先學(xué)習(xí)什么是直流電和交流電。直流電指的是大小和方向不變的電流，它十分穩(wěn)定，電池產(chǎn)生的就是直流電。而交流電的大小和方向會(huì)產(chǎn)生周期性變化，易變換電壓，方便分配、易于維護(hù)，因此廣泛應(yīng)用于家庭、工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域。

在鐵路沿線，有很多默默工作的牽引變電所（電力系統(tǒng)中對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場(chǎng)所，一條電氣化鐵路沿線通常設(shè)有多個(gè)），它們將電網(wǎng)中110千伏及以上的高壓電，轉(zhuǎn)換成高速列車能夠使用的25千伏單相交流電（只有單一電壓的交流電），然后輸送至列車上方“蜘蛛網(wǎng)”一樣的架空接觸網(wǎng)。

想要使用這些電能，還需要列車“自己動(dòng)手”。乘車時(shí)，如果你觀察過(guò)高速列車的外觀，會(huì)發(fā)現(xiàn)車頂有一個(gè)折疊裝置，它就是高速列車用來(lái)“吃”電的受電弓。受電弓由可升降的金屬折疊臂和石墨引流滑板組成。列車運(yùn)行時(shí)，受電弓與接觸網(wǎng)的接觸線緊緊相貼，像一只靈敏的觸手，向列車輸送電能。

電能來(lái)到列車內(nèi)部后，會(huì)被輸送到車廂底部，在那里“脫胎換骨”。

牽引變壓器率先迎來(lái)了它，就像安撫一只野獸，將其電壓降到0.9～2千伏之間。這一行為類似于將10千伏電壓降為家用電器所需的220伏電壓，可以降低配置列車設(shè)備的難度，讓它們更易維護(hù)。

變壓結(jié)束后，下一道關(guān)是牽引變流器。牽引變流器由整流器和逆變器等設(shè)備組成。電流來(lái)到整流器，由交流電變?yōu)楦臃€(wěn)定、可保存的直流電，讓它真正地儲(chǔ)存在列車內(nèi)部（若外部交流電中斷，這些保存的直流電可供列車監(jiān)控系統(tǒng)、應(yīng)急照明系統(tǒng)及剎車系統(tǒng)使用）。

整流后，牽引電動(dòng)機(jī)就可以使用這些電流，帶動(dòng)車軸和車輪旋轉(zhuǎn)向前。但直流牽引電動(dòng)機(jī)個(gè)頭大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，列車會(huì)使用個(gè)頭更小、結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、質(zhì)量更輕、便于控制和維修的交流牽引電動(dòng)機(jī)。所以，要將整流后的直流電送往逆變器，再次逆變?yōu)榻涣麟?，供交流牽引電?dòng)機(jī)使用。逆變器還可以調(diào)整直流電的電壓和頻率，以改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，控制列車速度。

這就是高速列車的“交-直-交傳動(dòng)系統(tǒng)”，就像電流的舞步。高速列車就這么帶著我們走遍萬(wàn)水千山。

“朝辭白帝彩云間，千里江陵一日還”。坐上高速列車，來(lái)一場(chǎng)想走就走的旅行吧！

高速列車一跑便是幾百甚至上千公里，旅途中，受電弓和接觸網(wǎng)一直處于高速摩擦狀態(tài)。它們?yōu)槭裁床粫?huì)被磨壞呢？

原來(lái)，接觸網(wǎng)的導(dǎo)線由銅或銅合金構(gòu)成，表面覆了耐腐蝕的電鍍層，強(qiáng)度和耐磨性極高。且導(dǎo)線走向采用了“之”字形設(shè)計(jì)，列車行進(jìn)過(guò)程中，這種走線方式會(huì)讓接觸網(wǎng)和受電弓之間的摩擦位置不斷變換，不僅能減少某一特定位置的磨損，還有利于受電弓散熱。

受電弓為雙四桿結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可以和其弓上的壓縮彈簧完美配合，根據(jù)接觸網(wǎng)的幅度自動(dòng)調(diào)整接觸力度，防止接觸力度過(guò)大時(shí)出現(xiàn)磨損，或力度過(guò)小時(shí)弓網(wǎng)被燒壞。不僅如此，受電弓的引流滑板由石墨材料制成，這種材料具有良好的導(dǎo)電性和耐磨性，且價(jià)格低廉、更換方便。

此外，鐵路系統(tǒng)還會(huì)對(duì)接觸網(wǎng)、受電弓等設(shè)備定期“體檢”，以有效延長(zhǎng)它們的使用壽命，確保它們始終在最佳的狀態(tài)運(yùn)行。

列車電能轉(zhuǎn)化示意圖（供圖/劉勇）

受電弓結(jié)構(gòu)

接觸網(wǎng)電線“之”字形走向示意圖（供圖/劉勇）